福州大學付賢智院士團隊：追光逐夢，步履不停
中國工程院院士付賢智
團隊成員正在做實驗。資料圖片
坐在福州大學光催化研究所的辦公室里，中國工程院院士付賢智望向窗外，回憶起1997年初的一個夜晚。那時，外面飄著大雪，他在美國威斯康星大學麥迪遜分校的實驗室里，放下了一封讀過很多遍的信后，毅然下定決心，放棄美國學校“杰出科學家”的優(yōu)厚待遇，回到家鄉(xiāng)福建。
“光催化對凈化環(huán)境、轉(zhuǎn)化能源有重要作用。而當時，國內(nèi)光催化學科領(lǐng)域剛剛起步，我決心在這片新領(lǐng)域開疆拓土。”付賢智說。
近30載光陰流轉(zhuǎn)，付賢智帶領(lǐng)福州大學光催化研究所團隊攻堅克難，研究光催化技術(shù)，開發(fā)多項光催化產(chǎn)品，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，并帶動110多個國家和地區(qū)的6000多個科研單位開展氮化碳光催化研究。團隊成員中，既有海外歸來的赤子，也有初出茅廬的博士，他們懷揣著同樣的科學夢想，在追“光”的道路上接力奔跑。
全神貫注的身影，是他們攻堅克難的寫照
在新領(lǐng)域開疆拓土，意味著沒有現(xiàn)成經(jīng)驗可供團隊參考，只能慢慢探索，何時出成果更是無法預測。
光催化，這項利用陽光分解污染物、殺滅病毒的技術(shù)，不僅能有效治理環(huán)境污染、保障公共健康安全，更能利用取之不盡的太陽能，為國家的清潔能源戰(zhàn)略和“雙碳”目標提供關(guān)鍵科技支撐。
然而，制約其大規(guī)模應用的核心瓶頸之一，便是如何高效實現(xiàn)“光生電荷分離”這一行為。團隊嘗試了無數(shù)方案，性能提升卻始終如蝸牛爬行。
“我常給他們打氣，科學研究是在未知的領(lǐng)域探索新的道路，需要勇氣、智慧和長期的堅持。”付賢智說。
一個看似平常的午后，福州大學能源與環(huán)境光催化國家重點實驗室主任王心晨眉頭緊鎖地盯著高倍透射電鏡屏幕，屏幕上一種新型的氮化碳聚合物材料呈現(xiàn)出奇特的蜂巢狀結(jié)構(gòu)。他腦海中靈光一閃：“如果載流子能在這種有序網(wǎng)絡的內(nèi)建電場中定向移動的話，電荷的分離與遷移效率豈不是能成倍提升？”他立刻召集團隊成員進行實驗。
那時還是博士生的張金水小心翼翼地將氮化碳粉末樣品裝入特制的石英比色皿，指尖甚至微微發(fā)顫。王心晨親自調(diào)試著飛秒激光器，一束束超短脈沖激光精準地打在樣品上。
時間仿佛凝固。屏幕上，代表載流子壽命的數(shù)據(jù)曲線以一種前所未有的形態(tài)延伸開來。“快看！電荷存活時間延長了三個數(shù)量級！”當時負責數(shù)據(jù)分析的博士生歐鴻輝激動地說。原本轉(zhuǎn)瞬即逝、難以捕捉的微弱信號，此刻卻留下了電荷從被光激發(fā)產(chǎn)生到穩(wěn)定遷移，最終存活至納秒級別的完整“生命軌跡”。
“就是這個！”王心晨一拳輕砸在實驗臺上，“我們發(fā)現(xiàn)了二維聚合物，在溫柔的可見光撫觸下，它竟能從容催化水的分解，讓氫氣這種未來能源的載體汩汩而出。”這一刻瞬間打破了國際學界“有機半導體不宜作光催化劑”的偏見。
這些新型光催化研制的重大突破，助力團隊先后斬獲國家科技進步獎二等獎和國家自然科學獎二等獎等重量級榮譽。2021年5月，團隊將光催化技術(shù)應用在了位于上海的中共一大紀念館外墻的修繕之中，使紀念館外墻具有抗污、自潔、防老化的功能。團隊成功研制國內(nèi)首臺（套）冷鏈產(chǎn)品外包裝表面病毒的原位在線光催化/紫外消殺系統(tǒng)與裝備，該項目成果通過國家級專家驗收，已在福建多地監(jiān)管倉中推廣使用。
如今，團隊成員工作的實驗室里，有一張老照片靜靜懸掛在墻上。那是付賢智早年調(diào)試第一臺空氣凈化器原型機時留下的影像。他微微弓著腰，全神貫注調(diào)試設(shè)備的身影，定格在實驗室泛黃的燈光下。
“付老師的專注，督促我們攻堅克難、探求本源，”王心晨感慨道，“這是汗水中浸透的執(zhí)著精神，是燈光下磨礪出的攻堅意志。付老師用行動鑄就的這把‘鑰匙’，如今正由我們握著，去打開更多微觀世界奧秘的‘鎖’。在科研這條路上，我們將繼續(xù)執(zhí)著地跋涉和探索。”
不斷向前的腳步，拓寬著成果轉(zhuǎn)化的道路
唯有加速科研成果的產(chǎn)業(yè)化，才能加快國家自主創(chuàng)新的步伐。這些年，團隊不僅抓基礎(chǔ)科研，更是把目光移到了新產(chǎn)品和新技術(shù)的開發(fā)市場上。但每一位團隊成員都深知，從實驗室走向市場的道路并不平坦。
2023年10月4日，《自然·通訊》的刊發(fā)通知，出現(xiàn)在了福州大學化學學院教授張子重的電腦屏幕，這標志著團隊5年多的研究終于開花結(jié)果。他們揭示了CO2（二氧化碳）在金屬硫化物上不同吸附構(gòu)型導致不同光還原產(chǎn)物的機制，旨在解決傳統(tǒng)催化劑效率低下的問題。
福州大學化學學院副研究員汪穎回憶，早在2016年時，團隊將二硫化鉬平鋪在碳化硅上，效果如同“蓋了一層密不透風的毯子”，甲烷產(chǎn)量極低，且兩種材料反應“節(jié)奏”失衡，能量利用效率低下。
面對困境，張子重轉(zhuǎn)變思路：“這兩種材料的結(jié)構(gòu)‘性格’不合，簡單組合行不通。”團隊將突破口鎖定在靜電作用的精確調(diào)控上——讓帶正電的碳化硅納米粒與負電二硫化鉬納米片在溶液中如磁極般相吸，使二硫化鉬納米片站立在碳化硅納米粒子表面，這種結(jié)構(gòu)顯著改善了界面電荷轉(zhuǎn)移效率。
得到張子重的鼓勵后，在可見光下，汪穎向體系引入帶正電的金離子和帶負電的錳離子，有效解決了甲烷產(chǎn)量飆升時氧氣停滯的問題。最終，在普通可見光與常壓下，實現(xiàn)了甲烷與氧氣產(chǎn)量近乎完美的2∶1理論比例，反應高效無浪費。
“更喜人的是能量利用效率高達1.75%，將前人紀錄提升了近十倍！”張子重表示，這項成果給設(shè)計一種將CO2高效轉(zhuǎn)化為高價值碳氫燃料的光催化劑提供了新思路，團隊將繼續(xù)踏上追求更高效率的征途。
這份將光之“魔力”轉(zhuǎn)化為實際效用的探索精神，一直激勵著一代代團隊成員不斷向前。
在杭州亞運會體育館充滿動感的現(xiàn)代建筑群上，一層“陽光鎧甲”熠熠生輝。工人們驚喜地發(fā)現(xiàn)，涂刷了一款新涂料的建筑，不僅“容顏”保持得更亮麗、更持久了，而且維護成本也大大降低了。
這款神奇涂料——光催化自潔外墻罩面涂料的誕生，源于基礎(chǔ)研究的突破與產(chǎn)業(yè)需求的精準對接。團隊將高效納米光催化劑，獨創(chuàng)性地融入涂料配方。當陽光灑落，涂料中的“光之精靈”便被喚醒，它們不僅能分解附著在建筑表面的油污、灰塵等有機污染物，還能形成超親水層，讓雨水輕易帶走污漬，實現(xiàn)建筑外墻的“自清潔”與“抗老化”。
創(chuàng)新的精神也在團隊多元化的探索中不斷延展。深耕光催化CO2還原領(lǐng)域的福州大學化學學院教授汪思波，正帶隊致力于氮化碳基復合半導體的表界面調(diào)控及對CO2還原制乙烯的光催化作用機制的研究，力求在光催化能源轉(zhuǎn)化領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)新的突破。他說：“我希望盡我所能，幫助年輕人更好開拓進取。”
“在這種‘傳幫帶’精神的支持下，一大批年輕的科研工作者，正在團隊中嶄露頭角。他們用技術(shù)造福人類、改變世界的夢想，正在一點一點實現(xiàn)。”付賢智說。
“從0到1”的磨礪，助力他們加速成長
“讓中國光催化技術(shù)照亮更多應用場景，是我們的使命。”付賢智告訴記者，“技術(shù)的突破與應用的拓展，核心在人才。我們構(gòu)建了一套‘實戰(zhàn)育人、交叉融通、敢壓重擔’的人才培養(yǎng)模式，讓青年才俊加速成長。”
福州大學化學學院研究員戴文新對此深有體會。2022年北京冬奧會“冰立方”場館的大型表面消殺設(shè)備，正是檢驗團隊“實戰(zhàn)育人”理念的考場。他和年輕人一起日夜奮戰(zhàn)，實現(xiàn)對所有指標菌在零下18攝氏度的去除率可在5秒內(nèi)達99.99%以上時，那一刻，成就感與責任感交織在一起。
戴文新感慨：“團隊有個鮮明的傳統(tǒng)——敢于在重大任務中給年輕人‘壓擔子’，讓他們在實踐中淬煉、在挑戰(zhàn)中成長為能‘挑大梁’的科研中堅。”
現(xiàn)在，張金水已成為福州大學化學學院副院長，歐鴻輝已成長為西安交通大學化學工程與技術(shù)學院特聘研究員。
在光催化研究所實驗室里，一群年輕人正經(jīng)歷著“從0到1”的磨礪。針對高端醫(yī)療器械對安全、長效殺菌涂料的迫切需求，碩士生汪昭亮主動請纓，挑戰(zhàn)開發(fā)能在極端紫外消殺后保持活性的新型光催化涂層。初期，模擬手術(shù)室高強度紫外消殺后，涂層活性波動劇烈，性能衰減超過50%。歷經(jīng)30多次配方調(diào)整，性能曲線依然起伏不定。團隊沒有指責，反而提供了專項經(jīng)費，支持他大膽試錯。
“團隊的氛圍就是鼓勵創(chuàng)新、寬容失敗，”汪昭亮說，“每次碰壁，導師和團隊都會一起分析數(shù)據(jù)，幫我梳理思路。”最終，通過精準調(diào)控無機—有機界面相互作用，超穩(wěn)定復合催化劑終于誕生。
不光如此，團隊還將科學前沿知識融入本科生的教學中，為本科生開設(shè)了“化學與生活”“能源與環(huán)境光催化材料——研究前沿及工程應用”等專業(yè)課程，開闊學生的視野。此外，為了加強國際化交流，團隊還聘請歐洲科學院院士安保正一等10余人為海外學術(shù)大師，為科研工作走向國際提供了有力支持。如今，團隊為光催化專業(yè)領(lǐng)域培養(yǎng)了一大批能獨立從事科學研究工作、具有創(chuàng)新性的專業(yè)人才。
站在室外，回望研究所，付賢智目光深邃：“最耀眼的光，是人才眼中創(chuàng)新的光芒。我們將堅持‘以才促產(chǎn)、以產(chǎn)育才’，讓更多青年科技工作者在這里找到方向、實現(xiàn)價值，為美麗中國、科技強國貢獻生生不息的‘福大力量’。”
（原標題：福州大學光催化研究所團隊：追光逐夢，步履不停）
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